Revista de Trabajos de Investigación. CNDG – BibliotecaInstituto Geofísico del Perú (2000), Lima, p. 59 - 68.

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ANÁLISIS DE SEÑALES SÍSMICAS REGISTRADAS POR LA RED RADIO TELEMÉTRICA DEL IGP-AREQUIPA Y

POTENCIAL ESPONTANEO APLICADO AL ESTUDIOESTRUCTURAL DEL VOLCÁN MISTI

DOMINGO A. RAMOS PALOMINOArea de Vulcanologia-Geofísica

dramos@axil.igp.gob.pe

INTRODUCCIÓN

El periodo de prácticas pre-profesionales efectuadas en el InstitutoGeofísico del Perú - Oficina Regional deArequipa se desarrolló dos temas deentrenamiento e investigación, las mismasque se exponen en el presente informe. Laprimera parte de este informe consiste en unanálisis de las señales de las estacionessísmicas permanentes en la oficina del IGP-Arequipa del periodo Septiembre-96 aJunio-97. Durante este periodo se produjoel terremoto de Nazca (12 de Non-96) y susréplicas dominaron la actividad sísmicaregional (ts-p >30 s) durante el mes de Nov-96 disminuyendo gradualmente en losmeses siguientes. En la segunda parte deeste informe se hace una introducción alestudio estructural del volcán Mistimediante el método del PotencialEspontáneo (PE) y su relación con elanálisis del gas del suelo y las medicionesmagnéticas en el Sur del volcán.

AANNÁÁLLIISSIISS DDEE SSEEÑÑAALLEESS SSÍÍSSMMIICCAASSRREEGGIISSTTRRAADDAASS PPOORR LLAA RREEDDRRAADDIIOO --TTEELLEEMMÉÉTTRRIICCAA DDEELLIIGGPP--AARREEQQUUIIPPAA

Información general

El IGP-Arequipa, mantiene una redRadio-telemétrica de transmisión analógicay registro digital. Inicialmente esta red haestado operando con cinco estaciones (JOL,PUC, PAT, SAC y CAY), pero las difícilescondiciones de operación hicieron que

durante el periodo de estudio (Set-96 a Jun-97) solamente estuvieran operativas tres(SAC, JOL y CAY).

Por otro lado y como consecuenciadel terremoto de Nazca (12 Nov-96), el IGPinstaló diversas estaciones en la zonacentral y sur del país con la finalidad deregistrar sus réplicas. Uno de los equiposinstalados fue el analógico MEQ-800 queoperó en la zona de San Gregorio-Camanáy que registró gran número de réplicas delsismo de Nazca; en el presente informe seincluye datos provenientes de esta estación.

Características de las estaciones sísmicas

Estación Sachaca (SAC: 16.42°, 71.58°°;2237 m).

Ubicación y accesibilidad. Está ubicada enla ciudad de Arequipa, distrito de Sachaca.Es accesible por un desvío de la carreteraPanamericana hacia el distrito de Sachaca a15 minutos de la ciudad de Arequipa.

Parámetros de operación (SAC):

Sismómetro Ranger : SS1 s/n = 1913Amplificador-gain Amp.Att.: 18 bdRuido electrónico: 5 mVRuido sísmico: 40 mVFiltros: 0.1-12.5 Hz.Potencia de transmisión: 2.5 WPanel solar: 18.8 VdcBateria S/Ps = 12.8 Vdc, C/Ps = 13.8 Vdc

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Estación Cayma (CAY: 16.38°°; 71.54°°;2350 m).

Ubicación y accesibilidad. Está ubicada enla ciudad de Arequipa, distrito de Cayma.Está instalada en las oficinas del IGPArequipa cito en la Urbanización LaMarina B-19 del distrito de Cayma.

Parámetros de operación (CAY):

Estación operando en “Strong Motion”.Sismómetro Ranger : SS1 s/n = 1913Amp.Gain Amp. Att. :12 bd conectadodirectamente

Estación Jolla-Jello (JOL; 15.91°°; 71.78°°;5038 m).

Ubicación y accesibilidad.-Se encuentraubicada en la Provincia de Caylloma,Distrito de Achoma, en la cumbre del cerroJolla-Jello a 15 Km del volcán Sabancaya.Es accesible por la carretera Arequipa-Chivay. A 11 Km. antes de llegar a lalocalidad de Chivay se toma un desvío queconduce a las haciendas Cajamarcana ySallalli, a partir de este lugar se inicia elascenso a la estación ubicada en el cerroJolla-jello (5038 m.s.n.m.) y acondicionadaen uno de los ambientes de un campamentoabandonado aproximadamente desde hace13 años y que posiblemente pertenecieron ala Corporación de Aviación Comercial.

Parámetros de operación (JOL):

Sismómetro Ranger : SS1 s/n = 1913Amplificador-gain Amp.Att.: 12 bd s/n =0639Ruido electrónico: 3 mVRuido sísmico: 50 mVFiltros: 0.1-12.5 Hz.Potencia de transmisión: 2.5 WPanel solar: 19.0 VdcBatería S/Ps = 12.8 Vdc, C/Ps = 13.8 Vdc

Estación San Gregorio (16.77°°; 72.68°°;500 m)

Ubicación y accesibilidad..- Está ubicadaen la ciudad de Camaná, distrito de San

Gregorio. Es accesible desde la ciudad deCamaná por una carretera que conduce aldistrito de San Gregorio aaproximadamente 3 Km. al N de la ciudad.

Parámetros de operación (SANGREGORIO):

Sismómetro Ranger : SS1Amplificador-gain Amp.Att.: 24 bdRuido electrónico: 5 mVRuido sísmico: 20 mVFiltros: 0.04-0.8 Hz.Batería S/Ps = 12.8 Vdc, C/Ps = 13.8 Vdc

MÉTODO DE TRABAJO

El método empleado ha consistidoprimeramente en una recopilación ydistribución de los eventos sísmicosregistrados en las estaciones de Sachaca,Cayma, Jolla-jello y San Gregorio, para locual se ha empleado una clasificación conrangos de diferencia de tiempo para ondascorpóreas tS-P en segundos la cualmultiplicada por una constante de velocidad(8.1 m/s), nos dará aproximadamente unadistancia en kilómetros para tener una ideadel radio de la actividad sísmica desde cadauna de las estaciones. La determinación delos tiempos de arribo de las señalessísmicas se realizó mediante el paquete deprocesamiento de información sísmicaSISMALP para las estaciones de SAC, JOLy CAY (registro digital); mientras que parala estación de San Gregorio se realizómanualmente sobre los registros analógicos.

RESULTADOS OBTENIDOS

Estaciones de Sachaca, Cayma, Jolla-Jello y San Gregorio

Las figuras 1, 2 y 3 representan engráficos de barras La actividad sísmica totalmensual registrada en cada una de lasestaciones fijas del IGP-Arequipa (SAC,CAY y JOL).

De manera general se puedeapreciar un incremento notorio de laactividad sísmica regional (ts-p >30 s) apartir del mes de Nov-96 y que fue

Análisis de señales sísmicas y potencial espontaneo, volcán Misti.

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disminuyendo en el transcurso de los mesessiguientes, este fuerte incremento seprodujo debido a la gran cantidad deréplicas del terremoto de Nazca (12 deNov96) registradas por estas estaciones.

La estación SAC ha registrado untotal de 2929 eventos sísmicos durante esteperiodo de tiempo, sin embargo laactividad sísmica local (ts-p 00 – 20 s) noexcede los 100 eventos mensuales paracada uno de los rangos estudiados (Figura1). El rango ts-p comprendido entre 0.0 y 5.0s presenta un ligero incremento de laactividad sísmica en el mes de Feb-97llegando hasta 89 sismos. Esta actividadprobablemente esté relacionada a las zonassísmicas de “La Joya” y “San José”.

La estación CAY por su modalidadde estar trabajando con fuerte atenuación (6db), únicamente registra la actividadsísmica de intensidades perceptiblementefuertes en dicha estación. La estación CAYha registrado 24 eventos sismos regionales(ts-p >30 s) durante el mes de Nov-96, estaactividad representa únicamente a réplicasdel terremoto de Nazca (12 Nov-96).

La actividad sísmica de la estaciónJOL ha sido notablemente alterada por una

actividad superficial local (ts-p = 0.0 - 5.0 s)alcanzando a registrarse 276 sismos en esterango a fines del mes de Nov-96 (Figura 3).Es posible que esta actividad se hayaproducido como consecuencia posterior delterremoto de Nazca el cual habríareactivado algún sistema de fallamiento enzonas cercanas al nevado Hualca-Hualca(SW de Maca). Considerando episodiossemejantes previo al sismo de Maca (23 deJulio de 1991) en dicha zona, se consideróimportante la vigilancia permanente de estacrisis sísmica, afortunadamente el eventoprincipal nunca llegó. Durante los mesescomprendidos entre Febrero a Abril de1997, la estación Jolla-Jello fue desactivadapor problemas logísticos.

La estación SAN GREGORIO,registró muy poca actividad sísmica local(ts-p = 0.0 20.0 s), el máximo número desismos corresponde al rango Ts-p = 20.1 –30.0 s el día 19 de Nov-96 con 8 eventossísmicos (Figura 4). Por otro lado, la mayoractividad sísmica total (123 eventos)proviene de la sismicidad regional (ts-p = >30 s), al igual que en los casos anteriores,estos eventos constituyen réplicas delterremoto de Nazca.

Figura 1. Estación de Sachaca, frecuencia sísmica mensual (Set.96 – Jun97).

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MESES

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5,1 - 10,0 (Seg.)

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15,1 - 20,0 (Seg.)

20,1 - 30,0 (Seg.)

>30 (Seg.)

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Figura 2. Estación de Cayma, frecuencia sísmica mensual (Set.96 – Jun97).

Figura 3. Estación de Jolla Jello , frecuencia sísmica mensual (Set.96 – Jun97).

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MESES

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5,1 - 10,0 (Seg.)

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Sep-96 Oct-96 Nov-96 Dec-96 Jan-97 Feb-97 Mar-97 Apr-97 May-97 Jun-97

MESES

0,0 - 5,0 (Seg.)

5,1 - 10,0 (Seg.)

10,1 - 15,0 (Seg.)

15,1 - 20,0 (Seg.)

20,1 - 30,0 (Seg.)

>30 (Seg.)

Análisis de señales sísmicas y potencial espontaneo, volcán Misti.

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Figura 4. Frecuencia sísmica por rangos S-PEstación sísmica San Gregorio (17 – 24 Nov. 96).

PPRRÁÁCCTTIICCAASS DDEE AAPPLLIICCAACCIIÓÓNN DDEEMMÉÉTTOODDOOSS GGEEOOEELLÉÉCCTTRRIICCOOSSAAPPLLIICCAADDOO AALL EESSTTUUDDIIOOEESSTTRRUUCCTTUURRAALL DDEELL VVOOLLCCÁÁNN MMIISSTTII

INTRODUCCIÓN

El método del PotencialEspontáneo (PE) es un método geofísico decampo natural, su aplicación en el estudiode estructuras volcánicas radica en lainterpretación del comportamiento de laseñal de PE dentro del sistema hidrotermal(generado por el flujo ascendente de vaporde agua y gas volcánico dentro de laestructura volcánica) y/o en el sistemahidrogeológico (generado principalmentepor el efecto de infiltración del aguameteórica en las partes bajas de laestructura volcánica). En estos dos sistemasse producen flujos electrocinéticos desentidos opuestos, estos flujos pueden sercontrolados por la presencia de estructurasmayores o notables diferencias litológicasque pueden existir en un edificio volcánico.Por lo tanto, es de esperar que las anomalíasde PE puedan correlacionarse a la presenciade estructuras, escondidas o no de unvolcán.

En el Perú se conocen cerca de 400estructuras volcánicas, gran parte de estosse encuentran en el Sur del país. Unos 10 deellos son considerados activos opotencialmente activos. El volcán Misti (S16°18´, W 71°24´, 5822 m) es uno de ellos,encontrándose a solo 17 Km al NNE de laciudad de Arequipa (> 1 M de habitantes).

El trabajo de PE aplicado al estudioestructural del volcán Misti persigue elobjetivo principal de identificar la zona deconvección asociada al sistema hidrotermaldel volcán Misti así como determinarposibles zonas de debilidad del mismo.Además, este trabajo servirá de base parafuturas investigaciones geofísicas ygeológicas y para la confección de un mapade peligro volcánico.

Mediciones de PE en el volcán Misti

Se ha planificado efectuartrabajos de campo para la obtención devalores de PE en un área de estudio deaproximadamente 18 x 19 Km. En elpresente informe se reporta losresultados obtenidos en cerca de 51 Km.de mediciones con 100 metros dedistancia entre puntos de medida de PE

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DIAS

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5,1 - 10,0 (Seg.)

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15,1 - 20,0 (Seg.)

20,1 - 30,0 (Seg.)

>30 (Seg.)

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habiéndose identificado una zona denotable anomalía negativa (>4000 mV)situados entre los 4000 y 4600 m.s.n.m.y de mas de 8 Km de longitud de onda.Una anomalía con semejante amplitudno ha sido conocida hasta ahora en elmundo, según se conoce de diversaspublicaciones geofísicas relacionadas atrabajos de PE que alcanzan algunoscentenares de mV (Kilauea, Puhimau,Vulcano, Stromboli, Etna, Usu, OkkaidoKomaga Take etc...) con un máximo de1400 mV para el volcán Pitón de laFournaise en las Islas Réunion o 2000 mVpara el volcán Colima en México.

En el Mapa 1 se muestra en crucesel recorrido por donde se tomaron losvalores de PE y las anomalías que estasproducen a la izquierda del gráfico se puedeobservar una escala en colores.

Previo a este estudio se realizarontres perfiles cortos con el fin de determinarlos niveles de ruido geoeléctrico (de 50 mde longitud y con mediciones en cadametro) en diferentes lugares de la ladera SEdel volcán tales como la pampa de Huajare,pampa de Huajalipampa y la pampa deleucaliptus y que atravesaron diferentesestructuras observadas en superficie(quebradas, zonas de vegetación, etc.). Enla Figura 5 se puede observar que losvalores útiles para las mediciones del PE enel Misti deben estar por encima de los 100mV que es el valor de máxima amplitudpara la pampa de Huajare.

Los offset observados (diferenciade cierre de circuito debido aldesplazamiento del electrodo fijo) sontotalmente fiables, pues están en el orden de8 a 12 mV para un circuito de 12 a 18 Km.de longitud. En el Mapa 1 se muestra lapresencia de una anomalía con dirección

EW, con una longitud de onda de 8 Km ycon una amplitud de 4113 mV, estaanomalía está situada en el flanco Sur deledificio volcánico a 4200 m.s.n.m. seinterpreta esta anomalía como el límite delsistema hidrotermal en el sector S-E delvolcán Misti.

Relación entre el potencialespontáneo y el análisis de lasmediciones de gas del suelo

La liberación de gas volcánico(fumarolas) en el volcán Misti se observaúnicamente en el interior del actual cráteractivo y por las inmediaciones de unacolada de lava en la cúspide del flanco N-Ede dicho volcán. Considerando que lasemisiones de CO2 en un ambiente volcánicoson relacionados a procesos dedegasificación de magma, se realizaron untotal de 56 mediciones de gas del suelo enel flanco S-E del volcán Misti con lafinalidad de correlacionar los resultados delas concentraciones de CO2 y el PE.

Los resultados del análisis de gasdel suelo realizados sobre el perfil de PEN°2 (Figura 6-a, 6-b), no muestran unarelación directa entre la zona de transiciónde los sistemas hidrogeológico-hidrotermal(detectado con el mínimo valor del PE) ylas concentraciones de CO2 –De tratarse deuna zona de debilidad, esta zona debería depresentar fuertes emisiones de gasvolcánico (CO2)-. Por otro lado, se observauna concentración relativamente baja deCO2 con respecto a la zona hidrotermal ypor el contrario una concentración alta deCO2 en las partes bajas del volcán (sistemahidrogeológico). Por lo tanto se deduce queen el sector S-E del sistema hidrotermal delvolcán Misti no existe un proceso dedegasificación magmática.

Análisis de señales sísmicas y potencial espontaneo, volcán Misti.

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0 20 40 60DISTANCIA (metros)

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IA D

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PERFIL HUAJALIPAMPA

PERFIL EUCALIPTUS

PERFIL HUAJAREAREQUIPA

V. MISTI

CHIHUATA

PAMPA HUAJAREEUCALIPTUS

HUAJALIPAMPA

Km

Figura 5. Prueba de ruido de la señal del potencial espontaneo en el volcán Misti

Mapa 1.Mapa de anomalías PE en el sector SE del volcán Misti

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Río chili

RíoAndamayo

Arequipa

Chiguata-3600-3300-3000-2700-2400-2100-1800-1500-1200-900-600-3000300

A1cima del volcán MIsti (5822m)

NidodeÁguilas(4700m)

Pastores

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Figura 6. Análisis del gas del suelo sobre elperfil PE N° 2.

Relación entre el potencial espontáneo ylas mediciones magnéticas en el volcánMisti

No se tiene conocimiento detrabajos anteriores de magnetismorealizados en el volcán Misti, por lo tantocon la finalidad de realizar perfilesexploratorios se realizaron dos perfiles demagnetismo, uno sobre el perfil 2 de PE(flanco S-W del volcán) y el otro en elsector S-E del mismo con un magnetómetrode Protones ELSEC de Propiedad del IRDque mide la intensidad del campomagnético total “F”. En la figura 6-c semuestra las mediciones del campo total Frealizadas sobre el perfil de PE N° 2. Enforma general se puede apreciar que noexiste correlación alguna entre lasmediciones magnéticas y los resultados dePE (Figura 6).

La línea vertical discontinuaque cruza los tres gráficos señala elmínimo PE localizado en el perfil 2(flanco S-E).

CONCLUSIONES

Durante el periodo de estudio(Set-96 a Jun-97), la actividad sísmicaasociada al terremoto de Nazca (12 deNoviembre de 1996) a sobresalido en ladistribución por rangos tS-P >30 s de lasestaciones sísmicas del IGP-Arequipaen el mes de Nov-96. Esta actividad fueposteriormente disminuyendo en losmeses siguientes. Por otro lado, se haobservado un notable incremento de laactividad sísmica superficial en la zonaal SE del nevado Hualca-Hualca, luegodel terremoto de Nazca.

En cuanto al trabajo delPotencial Espontáneo (PE), se haobservado una anomalía de mas de 4000mV de amplitud en el sector S-E delvolcán Misti, en la actualidad estaamplitud es considerada como la masalta del mundo.

El análisis de gas de suelo delvolcán Misti no muestran una relacióndirecta entre la zona de transición(sistema hidrotermal/sistemahidrogeológico) y la degasificación delmagma volcánico (CO2).

El perfil de magnetismo en elsector sur del volcán Misti no presentacorrelaciones apreciables con losresultados del Potencial Espontáneo(Perfil 2).

Gracias al periodo de Prácticas,se ha podido obtener gran experienciaen diversos aspectos de la sismologíatales como el análisis de la informaciónsísmica digital y analógica, la atencióndel servicio de emergencia sísmica,instalación de los equipos sísmicos endiversas misiones de campo, etc. que

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a) Potencial Espontáneo

b) Gas del suelo

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po T

otal

"F

" (n

T)

c) Magnetismo

Zona Hidrogeológica Zona Hidrotermal

Análisis de señales sísmicas y potencial espontaneo, volcán Misti.

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son de gran importancia para laformación profesional.

BIBLIOGRAFIA

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Robert I. Tilling y Raymundo S.Punongbayan., (1993): Los PeligrosVolcánicos, Apuntes Para un CursoBreve Sobre los Peligros Volcánicos 2-3 de julio de 1989, Santa fé, NuevoMéxico, U.S.A.125 Págs.

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